JP7364882B2 - 検査システム - Google Patents

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Description

本発明は、検査システムに関する。
生産現場では、被検査物の外観検査を人による目視に代わって、カメラを含む検査システムが用いられることがある。特許文献1には被検査物を検査する検査システムの従来技術が開示されている。
特開2016-85137号公報
ところで、被検査物を細部まで漏れなく検査するために、検査システムに用いられるカメラを短焦点のものとし、その視点及び視線を動的に変化させることがある。しかし漏れのない検査のためには、カメラの可動範囲を大きくする必要があり、検査システムを設けるための空間的な制約が生じてしまう問題がある。図10は、従来技術に係る検査システム9の一例を示している。この図では、駆動機構及びその先端に位置するカメラが1つで、その可動範囲を模式的に示している。この従来技術では、検査システム9は、撮像装置91及び固定装置92を備えているが、撮像装置91が大型化してスペースをとることが問題である。
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、空間的制約を考慮した上で、漏れなく被検査物を検査可能な検査システムを提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、被検査物を検査する検査システムであって、撮像装置と、回転テーブルとを備え、前記撮像装置は、カメラと、駆動機構とを備え、前記カメラは、前記駆動機構に設けられ、前記被検査物を異なる視点及び視線で撮影するように前記駆動機構によって移動可能に構成され、前記回転テーブルは、前記被検査物を載置して回転可能に構成されるものが提供される。
このような検査システムによれば、空間的制約の影響を抑えつつ、漏れなく被検査物を検査することができる。以上のような有利な効果を奏する。
検査システム1の外観を示す平面図である。 検査システム1の外観を示す正面図である。 検査システム1のハードウェア構成を示すブロック図である。 カメラ21の視線及び視点を示す概念図である。 情報処理装置4のハードウェア構成を示すブロック図である。 情報処理装置4における制御部43が担う機能を示す機能ブロック図である。 成形体Mの判定結果で欠陥無しと判定された場合の一例を示している。 成形体Mの判定結果で欠陥有りと判定された場合の一例を示している。 実施形態に係る検査システム1のアクティビティ図である。 従来技術に係る検査システム9の一例を示している。
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。特に、本明細書において「部」とは、例えば、広義の回路によって実施されるハードウェア資源と、これらのハードウェア資源によって具体的に実現されうるソフトウェアの情報処理とを合わせたものも含みうる。また、本実施形態においては様々な情報を取り扱うが、これら情報は、0又は1で構成される2進数のビット集合体として信号値の高低によって表され、広義の回路上で通信・演算が実行されうる。
また、広義の回路とは、回路(Circuit)、回路類(Circuitry)、プロセッサ(Processor)、及びメモリ(Memory)等を少なくとも適当に組み合わせることによって実現される回路である。すなわち、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit:ASIC)、プログラマブル論理デバイス(例えば、単純プログラマブル論理デバイス(Simple Programmable Logic Device:SPLD)、複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device:CLPD)、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array:FPGA))等を含むものである。
1.ハードウェア構成
1-1.検査システム1
第1節では、本実施形態に係る検査システム1のハードウェア構成を説明する。図1は、検査システム1の外観を示す平面図である。この図では、駆動機構21a及びその先端に位置するカメラ21が1つで、その可動範囲を模式的に示している。図2は、検査システム1の外観を示す正面図である。図3は、検査システム1のハードウェア構成を示すブロック図である。被検査物を検査する検査システム1は、撮像装置2と、固定装置3(回転テーブル31)とを備える。また、検査システム1は、情報処理装置4をさらに備える。
なお、本実施形態において、検査システム1が対象とする被検査物は、溶着箇所を有する成形体Mであり、溶着箇所を検査可能に構成されるものとして説明する。このような成形体Mは、非対称な形状を有する。なお、あくまでも一例でありこの限りではない。以下各構成要素についてさらに詳述する。
1-2.撮像装置2
撮像装置2は、カメラ21と、駆動機構21aとを備える。また、駆動機構21aは、ロッド22と、ジョイント23aと、ジョイント23bと、土台24とを備える。以下詳細を説明する。
<カメラ21>
カメラ21は、駆動機構21aに設けられる。カメラ21は、成形体Mを異なる視点及び視線で撮影するように駆動機構21aによって移動可能に構成される。より具体的には、カメラ21は、回転テーブル31上に位置する成形体Mを含む複数の検査画像IM1を撮像するように構成される。検査画像IM1は静止画でもよいし動画でもよい。ここで複数の検査画像IM1とは、成形体Mを漏れなく画像化するように、駆動機構21aを駆動させ、それぞれ異なる視点及び視線で撮像されたものである。なお、カメラ21の上方には、照明27が設けられる。照明27は、撮影の度に必要な明るさを担保するように照明光を成形体Mに照射するように構成される。
カメラ21は、溶着箇所にやや上方向を仰ぎ見るように傾斜を有して撮影するように構成される。このような傾斜によって、奥行き方向のズレに対する検出精度を向上させることができる。水平に対する傾斜角をθとすると、θは、具体的には例えば、1,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,2,2.1,2.2,2.3,2.4,2.5,2.6,2.7,2.8,2.9,3,3.1,3.2,3.3,3.4,3.5,3.6,3.7,3.8,3.9,4,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5,4.6,4.7,4.8,4.9,5,5.1,5.2,5.3,5.4,5.5,5.6,5.7,5.8,5.9,6,6.1,6.2,6.3,6.4,6.5,6.6,6.7,6.8,6.9,7,7.1,7.2,7.3,7.4,7.5,7.6,7.7,7.8,7.9,8,8.1,8.2,8.3,8.4,8.5,8.6,8.7,8.8,8.9,9,9.1,9.2,9.3,9.4,9.5,9.6,9.7,9.8,9.9,10度であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。
カメラ21は、駆動可能な駆動機構21aの先端に設けられ、視点及び視線を可変に構成される。なお、細部に関して漏れなく検査画像IM1を得るためには、カメラ21に設けるレンズは短焦点のものが好ましい。しかし、短焦点レンズは被写界深度が浅いため、少しの位置ずれであってもフォーカスが合わなくなってしまう。本実施形態では、駆動機構21aは、カメラ21における視点から成形体Mにおける撮像箇所までの距離を調節可能に構成される。また、単焦点レンズを用いた画像は画角が小さいため、撮像箇所を変化させて検査画像IM1を撮像する必要がある。したがって、駆動機構21aは、画角方向の2軸の自由度を少なくとも有するものが採用されうる。好ましくは、駆動機構21aは、4軸の自由度を有するスカラロボットが採用されうる。駆動機構21aを構成する主たる部品については次に説明する。
<ロッド22>
ロッド22は、部品25に設けられて鉛直下方向に延在し、その長さを可変に構成される。これにより、カメラ21の視点位置を上下に変化させることができる。
<ジョイント23a>
ジョイント23aは、関節部であって部品25を部品26(アーム)に対して回転可能にしている。これにより、カメラ21の視線を左右に振ることができる。
<ジョイント23b>
ジョイント23bは、関節部であって部品26(アーム)を土台24に対して回転可能にしている。これにより、カメラ21の視点位置を左右に変化させることができる。
<土台24>
土台24は、検査システム1を載置する床面等に固設されている。したがって、撮像装置2は検査に際して原則的に固定して使用されることとなる。
1-3.固定装置3
固定装置3は、回転テーブル31と、固定部材32とを備える。以下詳細を説明する。
<回転テーブル31>
回転テーブル31は、成形体Mを載置して回転可能に構成される。これにより、カメラ21に撮像される成形体Mの向きを変化させることができる。成形体Mを回転テーブル31に載置する作業は、人の手で行ってもよいし、不図示の作業ロボットが行ってもよい。
なお、撮像装置2において、カメラ21の視線及び視点は柔軟に変化させることができるが、本実施形態に係る検査システム1では、設置スペースの制約を考慮して、従来技術に係る検査システム9(図10参照)よりも駆動機構21aの大きさが小さいことに留意されたい。したがって、検査システム1のカメラ21の撮像範囲は、検査システム9の同撮像範囲よりも狭くなる。
図4は、カメラ21の視線及び視点を示す概念図である。図4に示されるように、カメラ21は、成形体Mを異なる視点及び視線で撮影するように第1の視点P1から第2の視点P2まで移動するように構成される。そして、第1の視点P1から成形体Mに向かう第1の視線ベクトルv_1及び第2の視点P2から成形体Mに向かう第2の視線ベクトルv_2が成す角をαとし、回転テーブル31が回転可能な角をβ(不図示)とすると、α+β≧360度を満たすことに留意されたい。つまり、カメラ21の撮像範囲が制限されていても、回転テーブル31が成形体Mを回転させることで、成形体Mを漏れなく検査することが可能となっている。特に、駆動機構21aの小型化を考慮すると、α≦180度を満たすことが好ましい。
<固定部材32>
固定部材32は、回転テーブル31に載置された成形体Mを上から押し付けるようにして固定するように構成される。固定部材32によって、回転テーブル31が回転しても、成形体Mが移動したり落下したりすることが抑制されうる。
1-4.情報処理装置4
図5は、情報処理装置4のハードウェア構成を示すブロック図である。情報処理装置4は、通信部41と、記憶部42と、制御部43(画像処理部432、判定部433)とを有し、これらの構成要素が情報処理装置4の内部において通信バス40を介して電気的に接続されている。以下、各構成要素についてさらに説明する。
<通信部41>
通信部41は、USB、IEEE1394、Thunderbolt、有線LANネットワーク通信等といった有線型の通信手段が好ましいものの、無線LANネットワーク通信、LTE/3G等のモバイル通信、Bluetooth(登録商標)通信等を必要に応じて含めてもよい。すなわち、これら複数の通信手段の集合として実施することがより好ましい。特に、カメラ21とは、所定の通信規格において通信可能に構成されることが好ましい。
通信部41は、カメラ21が複数の検査画像IM1を撮像するとこれらを受信するように構成される。また、通信部41は、駆動機構21aの各関節角度を逆運動学に基づいて所望の角度に制御するための情報を送信可能に構成される。また、現在の関節角度が情報として取得可能(エンコーダ)に構成されるとさらに好ましい。このような構成により、駆動機構21aの先端に設けられたカメラ21を、空間座標中の所望の位置及び向きに変位させるような制御が可能となる。
<記憶部42>
記憶部42は、前述の記載により定義される様々な情報を記憶する。これは、例えばソリッドステートドライブ(Solid State Drive:SSD)等のストレージデバイスとして、あるいは、プログラムの演算に係る一時的に必要な情報(引数、配列等)を記憶するランダムアクセスメモリ(Random Access Memory:RAM)等のメモリとして実施されうる。また、これらの組合せであってもよい。
特に、記憶部42は、カメラ21によって撮像され、且つ通信部41が受信した検査画像IM1を記憶する。検査画像IM1は、例えばRGB各8ビットのピクセル情報を具備する配列情報である。また、記憶部42は、動作制御プログラム、取得プログラム、画像処理プログラム、判定プログラムを記憶する。また、記憶部42は、これ以外にも制御部43によって実行される情報処理装置4に係る種々のプログラム等を記憶している。
<制御部43>
制御部43は、情報処理装置4に関連する全体動作の処理・制御を行う。制御部43は、例えば不図示の中央処理装置(Central Processing Unit:CPU)である。制御部43は、記憶部42に記憶された所定のプログラムを読み出すことによって、情報処理装置4に係る種々の機能を実現する。具体的には動作制御機能、取得機能、画像処理機能、及び判定機能が該当する。すなわち、ソフトウェア(記憶部42に記憶されている)による情報処理がハードウェア(制御部43)によって具体的に実現されることで、動作制御部430、取得部431、画像処理部432、判定部433として実行されうる。
なお、図5においては、単一の制御部43として表記されているが、実際はこれに限るものではなく、機能ごとに複数の制御部43を有するように実施してもよい。またそれらの組合せであってもよい。動作制御部430、取得部431、画像処理部432、判定部433については、第2節でさらに詳述する。
2.機能構成
第2節では、検査システム1の情報処理装置4(制御部43)の機能構成について説明する。図6は、情報処理装置4における制御部43が担う機能を示す機能ブロック図である。以下、各構成要素についてさらに説明する。
[動作制御部430]
動作制御部430は、ソフトウェア(記憶部42に記憶されている)による情報処理がハードウェア(制御部43)によって具体的に実現されているものである。動作制御部430は、通信部41を介して接続された駆動機構21aや回転テーブル31を制御する。つまり、動作制御部430が指示する情報を含む電気信号が駆動機構21aに送信され、カメラ21が所望の視点及び視線を有するように駆動機構21aが駆動する。動作制御部430が指示する情報を含む電気信号が回転テーブル31の駆動系に送信され、成形体Mが所望の向きになるように回転テーブル31が回転する。
[取得部431]
取得部431は、ソフトウェア(記憶部42に記憶されている)による情報処理がハードウェア(制御部43)によって具体的に実現されているものである。取得部431は、カメラ21によって撮像された検査画像IM1を、通信部41を介して取得するように構成されている。
[画像処理部432]
画像処理部432は、ソフトウェア(記憶部42に記憶されている)による情報処理がハードウェア(制御部43)によって具体的に実現されているものである。画像処理部432は、カメラ21から送信され且つ通信部41によって受信された検査画像IM1に対して、所定の画像処理を実行し、処理後画像IM2を生成する。より具体的には、検査画像IM1の明度に対して所定の閾値を定めてバイナリ画像(処理後画像IM2の一例)に変換処理する。
[判定部433]
判定部433は、ソフトウェア(記憶部42に記憶されている)による情報処理がハードウェア(制御部43)によって具体的に実現されているものである。判定部433は、カメラ21によって撮像された複数の検査画像IM1に基づいて、成形体Mの欠陥の有無を判定するように構成される。具体的には、判定部433は、検査画像IM1から作成した処理後画像IM2に基づいて、成形体Mの溶着箇所に欠陥がないかを判定するように構成される。
特に判定部433は、欠陥と思われる箇所の位置及び面積の少なくとも1つに基づいて、欠陥に該当するかどうかを判定する。なお、カメラ21のノイズ、画像処理での計算上の誤差、又は品質上問題のない微小な不具合は、欠陥ではないと判定してもよい。また、ライン工程を鑑みると、判定部433は、通信部41が受信した複数の検査画像IM1に基づいて、次の成形体Mが搬送されるまでに検査中の成形体Mの欠陥有無を判定するように構成されるとよい。
また、判定の結果を不図示の表示装置等に表示させて、人間がその結果を確認できるようにしてもよい。特に、生産現場での品質状況をリアルタイムで表示することとなるため、問題点を迅速に把握、特定すること、及び素早い対策等に役立てられる。図7は、成形体Mの判定結果で欠陥無しと判定された場合の一例を示している。図8は、成形体Mの判定結果で欠陥有りと判定された場合の一例を示している。
3.検査方法
第3節では、これまでに説明した検査システム1を用いた検査方法について説明する。図9は、実施形態に係る検査システム1のアクティビティ図である。以下、本図に沿って説明する。
[ここから]
(アクティビティA01)
回転テーブル31に成形体Mが載置され、成形体Mの一方側が撮像可能となる。この状態で、動作制御部430が、駆動機構21aを駆動させてカメラ21が予め定められた視点及び視線を有するように制御する。
(アクティビティA02)
アクティビティA01で決定された所望の視点及び視線で、カメラ21が成形体Mの一方側を撮像する。アクティビティA01及びA02は、複数の視点及び視線で行われる。
(アクティビティA03)
続いて、回転テーブル31が180度回転することで、成形体Mの他方側が撮像可能となる。
(アクティビティA04)
この状態で、動作制御部430が、駆動機構21aを駆動させてカメラ21が予め定められた視点及び視線を有するように制御する。
(アクティビティA05)
アクティビティA04で決定された所望の視点及び視線で、カメラ21が成形体Mの他方側を撮像する。アクティビティA04及びA05は、複数の視点及び視線で行われる。
(アクティビティA06)
情報処理装置4における取得部431が、カメラ21から通信部41を介して検査画像IM1を取得する。
(アクティビティA07)
情報処理装置4における画像処理部432が、取得部431が取得した検査画像IM1に適切な画像処理を実施して、処理後画像IM2を生成する。
(アクティビティA08)
情報処理装置4における判定部433が、処理後画像IM2に基づいて、成形体Mの欠陥の有無を判定する。
(アクティビティA09)
最後に、回転テーブル31が再び180度回転することで、初期状態に戻る。
[ここまで]
4.変形例
第4節では、本実施形態に係る検査システム1の変形例について説明する。すなわち、以下のような態様で検査システム1が提供されてもよい。
(1)駆動機構21aに代えて、XYZステージを用いてカメラ21等の位置座標を変化させてもよい。
(2)固定装置3に、成形体Mを並進移動(例えばXYZステージ等)させる機構を設けてもよい。
(3)カメラ21を複数としてもよい。
(4)カメラ21に加えて、異なる種類のセンサを追加してもよい。
(5)回転テーブル3は、180度の回転を1回伴うものに限らず、細かく連続的に回転させてもよい。あるいは、45度、60度、90度、又は120度ずつといったように、規定の離散値ずつ回転させてもよい。
5.結言
以上のように、本実施形態によれば、構造的に正面視不可の難視領域を有する被検査体の欠陥の有無を適切に判定可能な検査システムを実現することができる。
次に記載の各態様で提供されてもよい。
前記検査システムにおいて、前記駆動機構は、前記カメラにおける前記視点から前記被検査物における撮像箇所までの距離を調節可能に構成されるもの。
前記検査システムにおいて、前記カメラは、被検査物を異なる視点及び視線で撮影するように第1の視点から第2の視点まで移動するように構成され、前記第1の視点から前記被検査物に向かう第1の視線ベクトルv_1及び前記第2の視点から前記被検査物に向かう第2の視線ベクトルv_2が成す角をαとし、前記回転テーブルが回転可能な角をβとすると、α+β≧360度を満たすもの。
前記検査システムにおいて、α≦180度を満たすもの。
前記検査システムにおいて、情報処理装置をさらに備え、前記情報処理装置は、判定部を備え、前記判定部は、前記カメラによって撮像された複数の検査画像に基づいて、前記被検査物の欠陥の有無を判定するように構成されるもの。
前記検査システムにおいて、前記被検査物が溶着箇所を有する成形体であり、前記溶着箇所を検査可能に構成されるもの。
もちろん、この限りではない。
最後に、本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1 :検査システム
2 :撮像装置
21 :カメラ
21a :駆動機構
22 :ロッド
23a :ジョイント
23b :ジョイント
24 :土台
25 :部品
26 :部品
27 :照明
3 :固定装置
31 :回転テーブル
32 :固定部材
4 :情報処理装置
40 :通信バス
41 :通信部
42 :記憶部
43 :制御部
430 :動作制御部
431 :取得部
432 :画像処理部
433 :判定部
9 :検査システム
91 :撮像装置
92 :固定装置
IM1 :検査画像
IM2 :処理後画像
M :成形体
P1 :第1の視点
P2 :第2の視点
v_1 :第1の視線ベクトル
v_2 :第2の視線ベクトル

Claims (6)

  1. 溶着箇所を有する被検査物の前記溶着箇所を検査する検査システムであって、
    撮像装置と、回転テーブルとを備え、
    前記撮像装置は、カメラと、駆動機構とを備え、
    前記カメラは、
    1度以上10度以下の仰角で前記溶着箇所を仰ぎ見るように傾斜を有して前記駆動機構に設けられ、
    前記被検査物を異なる視点及び視線で撮影するように前記駆動機構によって移動可能に構成され、
    前記回転テーブルは、前記被検査物を載置して回転可能に構成され
    前記撮像装置は、同一の視点及び視線での前記被検査物の複数回の撮影を行わないもの。
  2. 請求項1に記載の検査システムにおいて、
    前記カメラは、単焦点レンズが用いられたカメラであり、かつ、前記被検査物を異なる視点及び視線で撮影するように第1の視点から第2の視点まで前記駆動機構によって移動可能に構成されており、
    前記第1の視点から前記被検査物に向かう第1の視線ベクトルv_1及び前記第2の視点から前記被検査物に向かう第2の視線ベクトルv_2が成す角をαとしたとき、前記αは、180度以下の範囲であるもの。
  3. 請求項に記載の検査システムにおいて、
    記回転テーブルが回転可能な角をβとすると、
    α+β≧360度
    を満たすもの。
  4. 請求項1~請求項3の何れか1つに記載の検査システムにおいて、
    前記駆動機構は、前記カメラにおける前記視点から前記被検査物における撮像箇所までの距離を調節可能に構成されるもの。
  5. 請求項1~請求項4の何れか1つに記載の検査システムにおいて、
    前記駆動機構は、スカラロボットであるもの。
  6. 溶着箇所を有する被検査物の前記溶着箇所の検査方法であって、
    回転テーブルに前記被検査物を載置する工程(a)と、
    前記回転テーブル上の前記被検査物に対して第1の視点から1度以上10度以下の仰角で前記溶着箇所を仰ぎ見るような第1の視線で前記被検査物の前面側の1回の撮像を実行する工程(b)と、
    前記工程(b)の後に、前記回転テーブルを180度回転させることにより前記回転テーブルの回転軸周りに前記被検査物を180度回転させる工程(c)と、
    前記工程(c)の後に、前記回転テーブル上の前記被検査物に対して第2の視点から1度以上10度以下の仰角で前記溶着箇所を仰ぎ見るような第2の視線で前記被検査物の前記前面とは反対の背面側の1回の撮像を実行する工程(d)と、
    前記工程(d)の後に、前記回転テーブルをさらに180度回転させることにより前記被検査物の姿勢を初期の状態に戻し、前記溶着箇所の検査に必要な撮像を完了させる工程(e)と、
    を含む、検査方法。
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